專利名稱：膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運動測試裝置，尤其涉及一種膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置。
背景技術：
膝關節(jié)的運動參數(shù)變化的測定對人體下肢運動能力尤其是膝關節(jié)運動能力的評價具有重要意義，特別是膝關節(jié)的最大屈伸角度、角速度和角加速度，可以直接反映出人體下肢的受力狀況，特別是關節(jié)最大抗壓能力和關節(jié)力矩的大小，這些都是作為評價關節(jié)功能正常與否的特異性指標，在臨床上應用甚廣，因此膝關節(jié)的運動參數(shù)變化的測定可為關節(jié)功能康復效果的評價提供科學依據(jù)。由于膝關節(jié)是人體解剖結構最復雜和最易受傷的關節(jié)之一，且人體運動過程復雜，故難以用直接的方法來測量膝關節(jié)各項力學參數(shù)。所以，通常使用模擬或根據(jù)逆向動力學推算的方式來求得所需參數(shù)值，即根據(jù)膝關節(jié)的運動參數(shù)以及受力來推出關節(jié)力矩等更具參考價值的參數(shù)。目前，臨床上普遍采用等速測力的方法，如CYBEX、ΚΙΝ-COM、BIODEX等。雖然等速測力的方法，也是通過測試關節(jié)角度來得出關節(jié)運動特性指標，但是整個系統(tǒng)結構龐大、復雜且昂貴，故難以在臨床中推廣應用。另一方面，目前由于腦卒中疾病、腦外傷、脊髓損傷等疾病造成下肢平衡功能失常的病人越來越多，所以為了評估雙側下肢的運動能力，有必要開發(fā)出一種新型的便攜式、計算機控制的膝關節(jié)角度測試裝置，來滿足臨床上的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置。為了達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:一種膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，其包括:上位機，上位機內(nèi)設有數(shù)據(jù)采集和處理模塊；圓盤形殼體；旋轉軸，安裝在圓盤形殼體內(nèi)；角度傳感器，通過信號線及接口與上位機通訊相連，包括轉動芯軸和外圈固定件，轉動芯軸與旋轉軸固定連接可隨旋轉軸轉動，外圈固定件固定在圓盤形殼體內(nèi)；大腿固定桿,與圓盤形殼體固定相連；小腿固定桿，穿過圓盤形殼體與旋轉軸固定相連，小腿固定桿的轉動帶動旋轉軸及角度傳感器的轉動芯軸一起轉動；大腿綁帶，連接在大腿固定桿上；小腿綁帶，連接在小腿固定桿上。所述的圓盤形殼 體的圓周側面設有旋轉量程卡槽，所述的小腿固定桿穿過該旋轉量程卡槽與旋轉軸固定相連。所述的旋轉軸上設有徑向通孔，所述的小腿固定桿為三段折線形圓桿結構件，小腿固定桿的前段活動穿套在旋轉軸的徑向通孔內(nèi)；小腿固定桿的徑向轉動帶動旋轉軸作徑向轉動，從而帶動角度傳感器的轉動芯軸一起作徑向轉動；小腿固定桿的軸向轉動使小腿固定桿向大腿固定桿靠攏形成折疊。所述的角度傳感器為電阻式傳感器WDJ22G-B6，電阻值為5kQ ±10%。所述的旋轉量程卡槽的弧度為130度。本發(fā)明的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置由于采用了以上技術方案，具有以下的優(yōu)點和特點:1.采用電阻式角度傳感器，通過變阻器分壓原理來獲得角度變化時產(chǎn)生的電壓變化，且線性度良好，因此可以很好地為上位機提供有效的信號。2.角度測試裝置有效測試量程為0-130度，上位機通過信號采集與處理模塊，可以實時顯示、存儲角度值，并計算其他重要指標，如角速度、角加速度、關節(jié)力矩，從而實現(xiàn)對被測試者關節(jié)運動能力的評估。3.綁腿裝置可以很好地固定人體下肢，使裝置旋轉軸與膝關節(jié)的相對位置保持穩(wěn)定，從而避免了在運動中對人體關節(jié)造成意想不到的傷害。
圖1是本發(fā)明膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置的整體結構示意圖；圖2是本發(fā)明膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置的分解結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1，配合參見圖2。本發(fā)明的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，包括:上位機(未圖示出來)、圓盤形殼體1、旋轉軸2、角度傳感器3、大腿固定桿4、小腿固定桿5、大腿綁帶6和小腿綁帶7。上位機內(nèi)設有數(shù)據(jù)采集和處理模塊。圓盤形殼體I的圓周側面設有旋轉量程卡槽11，該卡槽的弧度為130度。圓盤形殼體I內(nèi)在對應于旋轉量程卡槽11的位置設有上導向片12和下導向片13。在下導向片13上設有一個用于安裝旋轉軸2的槽孔。旋轉軸2安裝在圓盤形殼體I內(nèi)，通過軸蓋8與圓盤形殼體I軸向固定。在旋轉軸2上設有徑向通孔21。角度傳感器3通過信號線及接口 9與上位機通訊相連，包括轉動芯軸和外圈固定件，轉動芯軸與旋轉軸2固定連接可隨旋轉軸轉動，外圈固定件固定在圓盤形殼體I內(nèi)。大腿固定桿4與圓盤形殼體I固定相連。小腿固定桿5穿過圓盤形殼體的旋轉量程卡槽11與旋轉軸2固定相連，小腿固定桿5的轉動帶動旋轉軸2及角度傳感器的轉動芯軸一起轉動；該小腿固定桿5為三段折線形圓桿結構件，小腿固定桿的前段51活動穿套在旋轉軸2的徑向通孔21內(nèi)；小腿固定桿的徑向轉動帶動旋轉軸作徑向轉動， 從而帶動角度傳感器的轉動芯軸一起作徑向轉動；小腿固定桿的軸向轉動使小腿固定桿向大腿固定桿靠攏形成折疊。大腿綁帶6連接在大腿固定桿4上；小腿綁帶7連接在小腿固定桿5上。
本發(fā)明中的角度傳感器3為電阻式傳感器WDJ22G-B6，電阻值為5k Ω ± 10%，最大量程為O 320度，在本裝置內(nèi)的有效量程為O 130度。本發(fā)明的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置的工作原理，是基于電阻式角度傳感器，通過輸出端將測試數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，角度傳感器嵌裝殼體內(nèi)部，通過導線將信號引出，與上位機信號采集模塊輸入端相連。當小腿旋轉桿與大腿固定桿夾角發(fā)生變化時，角度傳感器的旋轉軸芯會發(fā)生相應的旋轉，信號大小也會發(fā)生變化；從而輸出相應的角度值。本裝置設有用于限制角度旋轉范圍的旋轉量程卡槽，臨床上將小腿固定桿與大腿固定桿夾角的補角記為膝關節(jié)角度，因此，最小值為小腿固定桿與大腿固定桿成一直線狀態(tài)，最大值為小腿旋轉桿與大腿固定桿成最小夾角狀態(tài)。本裝置通過將旋轉量程卡槽的弧度設定為130度，使角度傳感器的有效量程為O 130度，臨床試驗證明此量程足以滿足關節(jié)屈伸時產(chǎn)生的角度變化。本發(fā)明的使用過程首先是通過大腿綁帶和小腿綁帶實現(xiàn)裝置相對膝關節(jié)的固定。綁帶一側采用扣環(huán)形式，可扣于輔助結構，一側采用粘帶形式，根據(jù)松緊度實現(xiàn)有效捆綁。分布上，大腿固定采用兩條綁帶，小腿固定采用一條綁帶。第二步為裝置供電實現(xiàn)。本發(fā)明采用外置5V穩(wěn)壓電源，通過內(nèi)部走線給殼體內(nèi)部角度傳感器供電，而后輸出信號由同樣的走線從殼體引出，相連于上位機內(nèi)的信號采集處理模塊。第三步為信號實現(xiàn)。在裝置實現(xiàn)有效捆綁，且供電狀態(tài)下，膝關節(jié)發(fā)生屈伸，使得小腿固定桿帶動角度傳感器相對于大腿固定桿發(fā)生旋轉，致使電壓信號發(fā)生變化，實現(xiàn)信號傳輸。然后由數(shù)據(jù)采集和處 理模塊進行數(shù)據(jù)處理分析轉化成運動參數(shù)信號。
權利要求
1.一種膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，其特征在于包括: 上位機,上位機內(nèi)設有數(shù)據(jù)采集和處理模塊； 圓盤形殼體； 旋轉軸，安裝在圓盤形殼體內(nèi)； 角度傳感器，通過信號線及接口與上位機通訊相連，包括轉動芯軸和外圈固定件，轉動芯軸與旋轉軸固定連接可隨旋轉軸轉動，外圈固定件固定在圓盤形殼體內(nèi)； 大腿固定桿，與圓盤形殼體固定相連； 小腿固定桿，穿過圓盤形殼體與旋轉軸固定相連，小腿固定桿的轉動帶動旋轉軸及角度傳感器的轉動芯軸一起轉動； 大腿綁帶，連接在大腿固定桿上； 小腿綁帶，連接在小腿固定桿上。
2.如權利要 求1所述的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，其特征在于:所述的圓盤形殼體的圓周側面設有旋轉量程卡槽，所述的小腿固定桿穿過該旋轉量程卡槽與旋轉軸固定相連。
3.如權利要求1所述的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，其特征在于:所述的旋轉軸上設有徑向通孔，所述的小腿固定桿為三段折線形圓桿結構件，小腿固定桿的前段活動穿套在旋轉軸的徑向通孔內(nèi)；小腿固定桿的徑向轉動帶動旋轉軸作徑向轉動，從而帶動角度傳感器的轉動芯軸一起作徑向轉動；小腿固定桿的軸向轉動使小腿固定桿向大腿固定桿靠攏形成折疊。
4.如權利要求1所述的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，其特征在于:所述的角度傳感器為電阻式傳感器WDJ22G-B6，電阻值為5kQ ±10%。
5.如權利要求2所述的膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，其特征在于:所述的旋轉量程卡槽的弧度為130度。
全文摘要
一種膝關節(jié)運動參數(shù)測試裝置，包括上位機、圓盤形殼體、旋轉軸、角度傳感器、大腿固定桿、小腿固定桿、大腿綁帶和小腿綁帶。測試裝置工作時，膝關節(jié)發(fā)生屈伸，使得小腿固定桿帶動角度傳感器相對于大腿固定桿發(fā)生旋轉，致使電壓信號發(fā)生變化，實現(xiàn)信號傳輸。信號進入上位機由數(shù)據(jù)采集和處理模塊進行數(shù)據(jù)處理分析轉化成運動參數(shù)信號。本發(fā)明的膝關節(jié)運動學參數(shù)測試裝置，便攜可折疊，且精確度高，可靠性良好。
文檔編號A61B5/11GK103190912SQ20121000504
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者徐秀林, 安美君, 鄒任玲, 胡秀枋, 趙宏垚 申請人:上海理工大學